[发明专利]基于低精度量化的Massive MIMO中继系统下行链路模型构建方法

说明书

本发明公开了一种基于低精度量化的MassiveMIMO中继系统下行链路模型构建方法，首先，将基站到中继的信道系数和中继到目的用户的信道建模成莱斯衰落模型；然后，对莱斯衰落模型下行链路的信号分为两个时隙依次进行处理，第一时隙是基站到中继的信号处理过程，第二时隙是中继到目的用户的信号处理过程；其次，根据用户的接收信号表达式以及香农公式推导真实可达总速率；最后，利用高阶统计量推导可达总速率的闭合表达式。本发明考虑在MassiveMIMO中继系统的下行链路过程中在基站到中继和中继到目的用户之间存在LOS路径的情况，使模型更符合实际的通信情况，并且解决了多天线所带来的高功耗问题。

技术领域

本发明属于无线通信信号处理技术领域，具体涉及一种基于低精度量化的Massive MIMO中继系统下行链路模型构建方法。

背景技术

为了满足第五代移动通信系统在千倍数据量、超低延迟、10Gbit/s的传输速率及支持多样化应用等方面的技术指标并且达到高频谱效率、高能量效率和高成本效率的需求，学术界和工业界均提出了大规模MIMO技术。

MIMO的主要思想在于在基站安装数百根天线，并在同一时频资源块上服务数十个用户。大规模MIMO系统通过巨幅提高基站端的天线阵列增益和空间自由度，因此在基站端仅采用简单的线性信号处理方法，例如最大比合并(Maximum Ratio Combining,MRC)和迫零(Zero-Forcing,ZF)，就可以减小甚至消除用户间干扰影响，从而有效地提高系统容量和频谱效率。因此，在不同发射接收方案和不同信道下，关于Massive MIMO系统的系统容量的研究变得尤为重要。

此外，为了提高移动通信的传输速率，改善小区覆盖半径小以及克服移动终端不合适配置多天线的缺点，中继传输技术被提出并变成解决上述问题的重要技术之一。中继技术可以显着提高传输可靠性，复用增益和覆盖范围。对于多用户多输入多输出(MU-MIMO)网络，中继站被广泛部署以增强基站与用户之间的通信质量。

为了从大规模MIMO和中继技术的优点中受益，一些优秀的国内外研究学者对大规模MIMO中继网络进行了研究。有的利用在中继中使用的MRT/MRC和ZF处理得出渐近和率，并比较了不同功率下MRT/MRC和ZF之间的和率性能。有的研究了具有AF中继的多对大规模MIMO上行链路，其中基站和中继处都配备有大规模天线。现有的研究都是基于在中继处布置大量的天线来提高空间复用度，并没有考虑到在基站处使用大规模天线。

然而，大量的天线使大规模MIMO系统的硬件设计实现变得极其复杂化。尤其是在系统中每个接收天线都需要配置模数转换器(ADC)单元，使用大量的天线意味着需要数量庞大的模数转换器。开销和功耗的指数型增长导致了高位数的模数转换器成为实现大规模MIMO系统的主要瓶颈。

发明内容

发明目的：本发明提出一种基于低精度量化的Massive MIMO中继系统下行链路模型构建方法，构建了无线通信模型并对其进行分析，使模型更符合实际的通信情况，并且解决了多天线所带来的高功耗问题。

发明内容：本发明提出一种基于低精度量化的Massive MIMO中继系统下行链路模型构建方法，具体包括以下步骤：

(1)信道模型的构建：将基站到中继的信道系数和中继到目的用户的信道建模成莱斯衰落模型；

(2)对莱斯衰落模型下行链路的信号传输过程进行处理：分为两个时隙依次进行处理，其中第一时隙是基站到中继的信号处理过程，第二时隙是中继到目的用户的信号处理过程；

(3)计算莱斯衰落模型真实可达总速率：根据用户的接收信号表达式以及香农公式推导真实可达总速率；

(4)计算莱斯衰落模型理论可达总速率：利用高阶统计量推导可达总速率的闭合表达式；

(5)通过分析可达总速率的闭合表达式，从而获得系统容量。